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表面张力课件
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作用在小面元ΔS周界线Δｌ上的表面 张力为
Δf ＝α×Δｌ
Δf 可以被分解为Δf１和Δf２，由于Δf２与 半径ｏｃ垂直，对附加压强不起作用，
故不考虑。
而Δf１的方向指向液体内部，其值为
Δf１ =Δl sinφ=α×Δl sinφ
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作用于ΔS整个周界线－－即其周长上的 表面张力，指向液体内部的分力总和为
即增加单位液面所增加的势能。
由上式可知，α在数值上等于增加单位液 面时外力所作的功，从能量的角度看，其大小 等于增加单位液面时所增加的表面自由能。
那么液体表面能的减小可以通过下面任 一种自动过程来实现：
自动减小S；
自动减小α；
S和α两PPT学者习交都流 同时自动减小。
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二、曲面下的附加压强
Hale Waihona Puke PPT学习交流PC
PA
4
R
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一、毛细现象和气体栓塞 １、 毛细现象
（１）润湿现象 当液体和固体接触 时，液固界面之间会出现两种现象：
润湿和不润湿现象。
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同一种液体，对不同的固体来说，
它可以是润湿的，也可以是不润湿的。 润湿和不润湿现象就是液体和固体接触 处的表面现象。其差别是由液体分子与 固体分子之间的相互作用而形成的。可 以用其分子间相互作用力的大小来解释。
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如果以10-9m为半径作一球面， 显然则只有在这个球面内的分子才 对位于球心上的分子有作用力。
分子作用球——分子引力作用范围是 半 径 为 10-9m 的 球 形 ， 球 的 半 径 称 为 分子作用半径。
《表面张力现象》课件
《表面张力现象》PPT课件
表面张力是指液体自然状态下分子间相互作用所形成的力，广泛存在于自然 界和日常生活中。本课件将介绍表面张力的定义、研究方法、影响因素以及 在日常生活中的应用。
背景介绍
1 表面张力的定义和概念
表面张力是液体自然状态下分子间相互作用所形成的力，使液体表面趋于缩小和封闭。
2 表面张力的起因和作用
1 温度
温度升高会使表面张力降低，因为分子动能增加导致分子间相互作用减弱。
2 溶质浓度
增加溶质浓度会使表面张力降低，因为溶质分子与液体分子的相互作用减弱。
3 表面活性剂
添加表面活性剂会使表面张力降低，因为表面活性剂分子在液体表面形成吸附层，减弱 分子间相互作用。
表面张力在日常生活中的应用
水珠的形状
水珠呈球形的形状是由于 表面张力使水分子在表面 收缩，封闭珠体。
酒精灯的作用
酒精灯中的酒精被点燃是 因为酒精蒸汽能够形成可 燃气体层，并在表面张力 作用下维持燃烧。
血液的循环
血液在血管内的循环是通 过心脏的泵血作用和血液 与血管壁之间的表面张力 共同驱动的。
结论和总结
表面张力是液体自然状态下分子间相互作用所形成的力，它影响着自然界中许多现象并在日常生 活中起着重要作用。
表面张力产生于液体分子之间的相互引力和静电斥力，它使液体形成球形滴，维持液体 的形态。
表面张力的研究方法
接触角测量法
通过测量液体在固体表 面上的触角大小来研究 表面张力。
静止平衡法
通过测量静止液滴的形 态和尺寸来研究表面张 力。
悬滴法
通过测量悬挂液滴的形 态和尺寸来研究表面张 力。
表面张力的影响因素
表面张力是指液体自然状态下分子间相互作用所形成的力，广泛存在于自然 界和日常生活中。本课件将介绍表面张力的定义、研究方法、影响因素以及 在日常生活中的应用。
背景介绍
1 表面张力的定义和概念
表面张力是液体自然状态下分子间相互作用所形成的力，使液体表面趋于缩小和封闭。
2 表面张力的起因和作用
1 温度
温度升高会使表面张力降低，因为分子动能增加导致分子间相互作用减弱。
2 溶质浓度
增加溶质浓度会使表面张力降低，因为溶质分子与液体分子的相互作用减弱。
3 表面活性剂
添加表面活性剂会使表面张力降低，因为表面活性剂分子在液体表面形成吸附层，减弱 分子间相互作用。
表面张力在日常生活中的应用
水珠的形状
水珠呈球形的形状是由于 表面张力使水分子在表面 收缩，封闭珠体。
酒精灯的作用
酒精灯中的酒精被点燃是 因为酒精蒸汽能够形成可 燃气体层，并在表面张力 作用下维持燃烧。
血液的循环
血液在血管内的循环是通 过心脏的泵血作用和血液 与血管壁之间的表面张力 共同驱动的。
结论和总结
表面张力是液体自然状态下分子间相互作用所形成的力，它影响着自然界中许多现象并在日常生 活中起着重要作用。
表面张力产生于液体分子之间的相互引力和静电斥力，它使液体形成球形滴，维持液体 的形态。
表面张力的研究方法
接触角测量法
通过测量液体在固体表 面上的触角大小来研究 表面张力。
静止平衡法
通过测量静止液滴的形 态和尺寸来研究表面张 力。
悬滴法
通过测量悬挂液滴的形 态和尺寸来研究表面张 力。
表面张力的影响因素
5表面张力PPT
其中α称为液体的表面张力系数，单位为 其中 称为液体的表面张力系数，单位为N/m。 称为液体的表面张力系数 。 当金属圆环从待测液体表面脱离时， 当金属圆环从待测液体表面脱离时， 受到液体向下作用的表面张力 有内外两个面） （有内外两个面）：
U = KF
2. 力敏传感器的灵敏度
在力敏传感器的悬梁臂上作用一力F时 在力敏传感器的悬梁臂上作用一力 时，将有一 输出， 电压信号U输出 电压信号 输出，并且 K称为力敏传感器的灵敏度，单位为mV/N。 称为力敏传感器的灵敏度，单位为 称为力敏传感器的灵敏度 。
三、实验操作
1．实验前的准备。仪器预热，调整底座水平，清洗圆环； ．实验前的准备。仪器预热，调整底座水平，清洗圆环； 2．力敏传感器的定标。电压表调零后，依次加入砝码共8g, ．力敏传感器的定标。电压表调零后，依次加入砝码共 记录电压表的相应读数 电压表的相应读数； 记录电压表的相应读数； 3． 测定常温下水的表面张力系数。 ． 测定常温下水的表面张力系数。 （1） 清洗玻璃皿，盛水，置于支架台，悬挂金属圆环； ） 清洗玻璃皿，盛水，置于支架台，悬挂金属圆环； （2）调节旋钮，使玻璃皿上升至将圆环的底部浸入水面。再 ）调节旋钮，使玻璃皿上升至将圆环的底部浸入水面。 使水面逐渐下降，记录即将拉断水膜前一瞬间数字电压表 使水面逐渐下降，记录即将拉断水膜前一瞬间数字电压表 读数值U 和水膜拉断后数字电压表读数值 数字电压表读数值U 重复5次 读数值 1和水膜拉断后数字电压表读数值 2，重复 次 ； 4．记录金属圆环的外径 1和内径 2，测量水的温度。 ．记录金属圆环的外径d 和内径d 测量水的温度。 外径
3. 表面张力系数的测定
将洁净的金属圆环浸入液体后慢慢地拉出水面， 将洁净的金属圆环浸入液体后慢慢地拉出水面， 若拉断水膜前一瞬间电压表的读数为U 此时外加拉 若拉断水膜前一瞬间电压表的读数为 1,此时外加拉 力为
液体的表面张力资料ppt课件
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2019
-
2.液体表面层分子的分布特点 (1)液体内部分子的分布特点:液体内部的任何一个分子都会 受到邻近分子的引力和斥力,分子斥力作用的距离极小,分
子引力的作用距离相对较大,每个分子与最邻近的分子引
力和斥力相抵消,而较远处分子对这个分子的作用表现为 大小不等的引力,可以认为分子受到周围间隔数个分子的 吸引力,在液体内部的分子被其它分子包围,在各个方向上 受到邻近分子的引力是相等的,引力的合力为零.
B.分子的分布比液体内部密,分子间的作用力表现为斥力
3
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2.表面张力及其微观解释 一个薄层 (1)液体的表面层:液体与气体接触的表面存在的__________.
吸引 的力. (2)表面张力:液体表面层各部分间相互______
稀疏 即表面层分子 (3)产生原因:表面层分子的分布比内部______, 大 间距离比液体内部分子间的距离__________.
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2019
-
c.液体的流动性:液体分子间距离小,分子密集在一起,液体分 子主要表现为在平衡位置附近做微小振动,但是,液体分子 没有长期固定的平衡位置,液体分子可以在液体内移动,不 能形成特定的形状,这是液体具有流动性的原因. d.液体的扩散特点:液体中的扩散现象是由液体分子的运动产 生的.液体分子的移动比固体分子的移动要容易的多,所以 液体扩散比固体的扩散要快.
第三章 液体 第一节 液体的表面张力
1
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-
1.液体表面的收缩趋势 (1)液体的表面现象 小昆虫能在水面上跑来跑去,或停在水面上而不陷入水中;轻 浮 在水面上.仔细 放在水面上的钢针或硬币也能__________ 观察后发现,钢针或硬币被水面托住时,与它们接触的液面 橡皮膜 稍有弯曲,像压在张紧的______________上一样,这时液 支持力 面给了钢针或小物体向上的______________ 作用. 自由下落过程中的小液滴,或植物叶面上的小露珠也都呈现
表面张力与影响因素PPT讲稿
两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。
（2）温度的影响
温度升高，表面张力下降。
（3）压力的影响
表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加，气相密度增加，表面分子 受力不均匀性略有好转。另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸 附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。
2020/6/18
压力的影响
压力与表面张力关系的实验研究不易进行，一般说来，压 力对表面张力的影响可以从下面三个方面考虑 a. p增加，两相间密度差减少，γ减小 b. p增加，气体在液体表面上的吸附使表面能降低（吸附
放热），因此γ减小 c. p增加，气体在液体中的溶解度增大，表面能降低 以上三种情况均表明， p增加，γ减小
表面张力与影响因素课件
2020/6/18
表面张力（surface tension）
如果在活动边框上挂一重物，使重物质量W2与边框 质量W1所产生的重力F（F=（W1+W2）g）与总的表面 张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。
这时
F 2 l
l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度
为2l， 就是作用于单位边界上的表面张力。
的表面熵值。
已知一般液体的表面张温度系数为负值，因此表面熵在
一般情况下应为正值。这可看成将分子从液体内部迁移到
表面，由于分子间力减少，分子排列从有序到无序必引起
熵增。换言之，表面熵为正值可理解为是表面层疏松化的
结果。
2020/6/18
U A T , p,nA
表面熵和表面总能
表面总能 是指在恒温恒压下，增加单位面积时体系内能
如果刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张力消失，外 侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形，见(b)图，清楚的 (b) 显示出表面张力的存在。
（2）温度的影响
温度升高，表面张力下降。
（3）压力的影响
表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加，气相密度增加，表面分子 受力不均匀性略有好转。另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸 附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。
2020/6/18
压力的影响
压力与表面张力关系的实验研究不易进行，一般说来，压 力对表面张力的影响可以从下面三个方面考虑 a. p增加，两相间密度差减少，γ减小 b. p增加，气体在液体表面上的吸附使表面能降低（吸附
放热），因此γ减小 c. p增加，气体在液体中的溶解度增大，表面能降低 以上三种情况均表明， p增加，γ减小
表面张力与影响因素课件
2020/6/18
表面张力（surface tension）
如果在活动边框上挂一重物，使重物质量W2与边框 质量W1所产生的重力F（F=（W1+W2）g）与总的表面 张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。
这时
F 2 l
l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度
为2l， 就是作用于单位边界上的表面张力。
的表面熵值。
已知一般液体的表面张温度系数为负值，因此表面熵在
一般情况下应为正值。这可看成将分子从液体内部迁移到
表面，由于分子间力减少，分子排列从有序到无序必引起
熵增。换言之，表面熵为正值可理解为是表面层疏松化的
结果。
2020/6/18
U A T , p,nA
表面熵和表面总能
表面总能 是指在恒温恒压下，增加单位面积时体系内能
如果刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张力消失，外 侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形，见(b)图，清楚的 (b) 显示出表面张力的存在。
《表面张力》PPT课件
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研究岩石润湿反转的意义：
岩石润湿反转的特性，已被油田得到了广泛的合理应 用。表面活性剂驱油是合理应用润湿反转特性的一个实例。 从地面向油层注入一定量的表面活性剂溶液，通过表面活 性剂在油层岩石颗粒表面的吸附，使亲油岩石颗粒表面向 亲水转换，有利于“剥落”岩石颗粒表面的“油膜”，从 而达到提高原油采收率的目的。
σ2,3 = σ1,3 + σ1,2 cosθ σ2,3 - σ1,3 = σ1,2 cosθ=A（润湿张力）
A的物理意义：水对岩石表面选择性润湿导致油—岩石界面比表面能的减小。 润湿的实质：固体表面自由能的减小。
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4、附着功W(也称粘附功)
附着功W：指将单位面积的湿相流体(如水)从固体表面 (亲水岩石表面)驱开所
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9
曲线1：地面（脱气）原油与水的系统， 曲线2：地层（有溶解气）原油与水的系统，
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ห้องสมุดไป่ตู้
四、吸附作用及其与表面张力的关系
1、表面活性剂及其分子结构特性
表面活性剂：溶入少量就能显著降低溶液表面张力的物质。
表面活性剂分子特性：具有两性基团；亲水基团和亲油基团；通常用
“——O” 代表。“——” 代表亲油基团，“O” 代表亲油基团。
（5）自由表（界）面能还与两相的相态有关。 液—气相界面的自由表面能>液—液相界面的自由界面能。 液—固之间的自由界面能>液—气之间的自由表面能。
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二、比表面能和表面张力
1、比表面能或表面张力（σ）的基本概念 2、比表面能和表面张力的分析
（1）比表面能和表面张力都是用来衡量两相界面层表面自由能的大小， 它们具有相同的本质。
【实用】表面张力和毛细现象PPT文档
bernoulli方程方程h流体从水面到出口将重力势能转换为压力能再将压力能转换能再将压力能转换为动能为动能为动能为动能流体从水面到出口将重力势能转换为压力paghapbghb静止流体重力势能与压力能总和守恒总和守恒静止流体重力势能与压力能pvbernoulli方程方程h流体从水面到出口将重力势能转换为压力能再将压力能转换能再将压力能转换为动能为动能为动能为动能流体从水面到出口将重力势能转换为压力运动的速度完全相同完全相同出出流流流流速度速度出流是一个准静态过程准静态过程出流是一个与自由落体与自由落体运动的速度ppghv22常数常数不考虑流动的损失重力势能压力能和动能的总和守恒压力能和动能的总和守恒不考虑流动的损失重力势能ghv2?bernoulli方程方程h出出流流流流速度速度沿程阻力损失局部阻力损失局部阻力损失沿程阻力损失流体能量pghv22实际上逐步降低实际上逐步降低ppghv22常数常数不考虑流动的损失重力势能压力能和动能的总和守恒压力能和动能的总和守恒不考虑流动的损失重力势能ghgh2vv2???bernoulli方程方程h出出流流流流速度速度沿程阻力损失局部阻力损失局部阻力损失沿程阻力损失流体能量pghv22实际上逐步降低实际上逐步降低pghgh2v2?v??沿程阻力损失
专利申请日 1990.01.16
名称
鸳鸯壶
申请（专利权） 崔 富 胜
本实用新型涉及一种可以盛装各种液体
的鸳M鸯an壶d，ar由in壶d体uc、k 壶嘴、壶把和壶盖组成。
壶体内由隔板分隔成两个空腔，并分别与通 往壶嘴的通液道相通，在壶体顶部设有加液 孔，壶把上设有进气孔，使用时可随意选择 壶内任一种液体。该鸳鸯壶结构简单、造型 美观、制造容易、成本低，使用方便，特别 适合于家庭、食堂、餐厅使用。
液体表面 所接触的 有固体和 气体
专利申请日 1990.01.16
名称
鸳鸯壶
申请（专利权） 崔 富 胜
本实用新型涉及一种可以盛装各种液体
的鸳M鸯an壶d，ar由in壶d体uc、k 壶嘴、壶把和壶盖组成。
壶体内由隔板分隔成两个空腔，并分别与通 往壶嘴的通液道相通，在壶体顶部设有加液 孔，壶把上设有进气孔，使用时可随意选择 壶内任一种液体。该鸳鸯壶结构简单、造型 美观、制造容易、成本低，使用方便，特别 适合于家庭、食堂、餐厅使用。
液体表面 所接触的 有固体和 气体
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平方米，268台机器设备遭毁损，54人丧生，1821人受伤。
事后查明原因，是亚麻粉尘爆炸。
2010年02月25日河北秦皇岛粉尘爆炸事故 致19人死49
.,
21
解释：为什么小液滴会成 球形？
在无重力下，此现象更为明显，例太空舱中水球
太空舱中会出现篮球般的大水球，每位飞行员轮流传递， 各咬一口后，篮球会逐渐收缩为排球﹑足球﹑垒球的大小， 但总是呈现球形
2008.8月17日中午，长沙市第七中学科学馆，一只巨大的肥皂泡
将60余名学生圈在一只五彩斑斓的肥皂泡中。这次的巨型泡泡使
用了近600斤肥皂水和一个长6米., 宽3米的道具。
13
.,
14
表面层分子受到指向液体内部的 合力(分子间净吸引力）。 液体内部的分子其所受合力为零。
产生的原因 物质表面层的分子所处的力场是不均衡的。
4.83 104 0.001
0.483m2/kg
r'
将0.001kg水滴分散成直径为2nm即半径1×10-9 m的小水滴，
其个数为：
0.001kg
4 3
3 2
0.001kg
4 (1109 m)3 1000kg m3
3
2.391020 个
.,
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每个小水滴的面积为
4
2 2
4
(1109 )2
.,
20
世界上第一次有记载的粉尘爆炸发生在1785 年意大利的一个面粉厂,
1987年3月15日，哈尔滨亚麻纺织厂发生猛烈爆炸，爆炸首先发生 在地下约12米深的除尘室，安装在里面的十余吨重的机器被巨大的 气浪冲上地面；与其相关地面建筑如电动换气室、变电所等全部 摧毁。爆炸顺着几百米的地下通道扩展，凡是所能触及的一切瞬间 都遭到残酷的破坏；连成一片的36000平方米厂房，被炸毁9500
第十章 界面现象
.,
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2
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3
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4
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§10.0 前言
1.界面与表面 (1)界面：两相之间的接触面。
(2)表面：两相中若有一相是气相，则形成的界面为表面。 气相通常是真空、空气或物质本身的饱和蒸气。
自然界中物质的存在状态：
气—液界面 气
液—液界面
液
固—液界面
固
固—气界面
固—固界面
作用结果
导致液体表面具有自动缩小的趋势。 扩展表面要作功。
.,
15
1.表面功及表面吉布斯函数
以液—气组成的系统为例，若将体相中的分子可逆移到液 体表面以扩大液体的表面积，则必须由环境对系统作功，这种 为扩大液体表面所作的功称为表面功。
表面功
δWr'
dAs
δWr' dAs
γ：（比）表面功。使系统增加单位表面所需的可逆功。
(2)在处理高分散度物质时，若不考虑其界面的特殊性，将会 导致错误的结论。
.,
10
§10.1 界面张力
一. 液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数
.,
11 11
.,
12
2007年11月23日，英国伦敦博物馆，Sam Heath（右），又被
称为泡泡人Samsam，用一个巨大的肥皂泡将50名学生罩起来。
界面现象
.,
66
界面不是几何平面！界面有一定的厚度，所以有时 又称界面为界面相 。
截面积 AS
体相 体 相 界面相S
体相
特征： 几个分子厚,1~10nm 结构与性质与两侧体相均不同
.,
7
2. 界面现象(表面现象)
1.汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸液面， 水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中呈凹液面。
.,
22
例2．水的比表面自由能与摄氏温度t℃ 的关系式为：
γ(× 10-3N·m-1)= 75.64 - 0.14t/℃，若水的表面改变时，总体积
不变，试求10℃、p
5 cm2，必需做
多少功？从外界吸收多少热？
解：t = 10℃，
(75.64 0.1410) 103 74.24103 N m1
W ' G A 74.24103 5104 3.71105 J
(环境做功为正)
.,
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Qr
TS
T
G T
p
T
As
T
As , p
T
As , p
0.14 103
N m1 K1
Qr 283 (5104 ) (0.14103 ) 1.981105 J
.,
24
2. 液体的表面张力
dx
如图在金属框上形成肥皂膜，若施
加作用力F可逆地使金属丝左移dl，
F
则液面增加dAs＝2Ldx，对系统做功。
1.26 1017
m2
总面积 As2 2.391020 1.261017 3.01103 m2
as2
As2 m
3.01 103 0.001
3.01106 m2/kg
as1 0.483 m2/kg
比表面之比为：
3.01106 6.23106 0.483
（2）ΔG = γΔA = 72.75 × 10-3 ×(3.01×103 －0.483) ≈ 2.19× 102 J
J·m-2，
.,
16
恒温，恒压时，
dGT,P δWr' dAs
G As
T , p
：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的Gibbs函数。
单位：J·m-2。
.,
17
在20℃时，将0.001kg的球形水滴分散成直径为2nm的小水滴。
（1）求分散前后水滴的表面积和比表面并进行比较；
（2）系统吉布斯函数增大多少？已知20℃时，水的密度
直径为 1cm 的球形液滴
分成 1018个
直径10nm的 球形小液滴
表面积： 3.1416×10-4 m2
总表面积 314.16m2
.,
9
(1)比表面积 as ：单位Байду номын сангаас量的物质所具有的表面积 .
as
As m
单位：m2·kg-1
一些多孔物质如：硅胶、活性炭等，也具有很大的比表面积。
活性炭比表面可达到 1000 ~ 2000 m2 ·g-1
=1000kg·m-3,
= 72.75× 10-3N·m-1
解：（1）0.001kg的球形水滴
Vm
0.001kg 1000kg m
3
=1×10-6 m3
设其半径为r1,
V 4 3
3
r 1=0.62×10-2 m
.,
18
As1
4
2 1
4
(0.62102 )2
4.83104 m2
as1
As m
——润湿现象 2.水在玻璃管中上升, 汞在玻璃管中下降 ——毛细现象 3.液体的过冷过热、蒸气的过饱和现象 ——亚稳状态 4.微小液滴更易蒸发,微小的晶体更易溶解 5.固体表面会自动吸附其它物质。
.,
8
3. 分散程度与比表面积
当物质被高度分散时，界面相与体相相比不可忽略， 界面的作用很明显。例如：
事后查明原因，是亚麻粉尘爆炸。
2010年02月25日河北秦皇岛粉尘爆炸事故 致19人死49
.,
21
解释：为什么小液滴会成 球形？
在无重力下，此现象更为明显，例太空舱中水球
太空舱中会出现篮球般的大水球，每位飞行员轮流传递， 各咬一口后，篮球会逐渐收缩为排球﹑足球﹑垒球的大小， 但总是呈现球形
2008.8月17日中午，长沙市第七中学科学馆，一只巨大的肥皂泡
将60余名学生圈在一只五彩斑斓的肥皂泡中。这次的巨型泡泡使
用了近600斤肥皂水和一个长6米., 宽3米的道具。
13
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14
表面层分子受到指向液体内部的 合力(分子间净吸引力）。 液体内部的分子其所受合力为零。
产生的原因 物质表面层的分子所处的力场是不均衡的。
4.83 104 0.001
0.483m2/kg
r'
将0.001kg水滴分散成直径为2nm即半径1×10-9 m的小水滴，
其个数为：
0.001kg
4 3
3 2
0.001kg
4 (1109 m)3 1000kg m3
3
2.391020 个
.,
19
每个小水滴的面积为
4
2 2
4
(1109 )2
.,
20
世界上第一次有记载的粉尘爆炸发生在1785 年意大利的一个面粉厂,
1987年3月15日，哈尔滨亚麻纺织厂发生猛烈爆炸，爆炸首先发生 在地下约12米深的除尘室，安装在里面的十余吨重的机器被巨大的 气浪冲上地面；与其相关地面建筑如电动换气室、变电所等全部 摧毁。爆炸顺着几百米的地下通道扩展，凡是所能触及的一切瞬间 都遭到残酷的破坏；连成一片的36000平方米厂房，被炸毁9500
第十章 界面现象
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11
.,
2
.,
3
.,
4
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5
§10.0 前言
1.界面与表面 (1)界面：两相之间的接触面。
(2)表面：两相中若有一相是气相，则形成的界面为表面。 气相通常是真空、空气或物质本身的饱和蒸气。
自然界中物质的存在状态：
气—液界面 气
液—液界面
液
固—液界面
固
固—气界面
固—固界面
作用结果
导致液体表面具有自动缩小的趋势。 扩展表面要作功。
.,
15
1.表面功及表面吉布斯函数
以液—气组成的系统为例，若将体相中的分子可逆移到液 体表面以扩大液体的表面积，则必须由环境对系统作功，这种 为扩大液体表面所作的功称为表面功。
表面功
δWr'
dAs
δWr' dAs
γ：（比）表面功。使系统增加单位表面所需的可逆功。
(2)在处理高分散度物质时，若不考虑其界面的特殊性，将会 导致错误的结论。
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10
§10.1 界面张力
一. 液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数
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11 11
.,
12
2007年11月23日，英国伦敦博物馆，Sam Heath（右），又被
称为泡泡人Samsam，用一个巨大的肥皂泡将50名学生罩起来。
界面现象
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66
界面不是几何平面！界面有一定的厚度，所以有时 又称界面为界面相 。
截面积 AS
体相 体 相 界面相S
体相
特征： 几个分子厚,1~10nm 结构与性质与两侧体相均不同
.,
7
2. 界面现象(表面现象)
1.汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸液面， 水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中呈凹液面。
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22
例2．水的比表面自由能与摄氏温度t℃ 的关系式为：
γ(× 10-3N·m-1)= 75.64 - 0.14t/℃，若水的表面改变时，总体积
不变，试求10℃、p
5 cm2，必需做
多少功？从外界吸收多少热？
解：t = 10℃，
(75.64 0.1410) 103 74.24103 N m1
W ' G A 74.24103 5104 3.71105 J
(环境做功为正)
.,
23
Qr
TS
T
G T
p
T
As
T
As , p
T
As , p
0.14 103
N m1 K1
Qr 283 (5104 ) (0.14103 ) 1.981105 J
.,
24
2. 液体的表面张力
dx
如图在金属框上形成肥皂膜，若施
加作用力F可逆地使金属丝左移dl，
F
则液面增加dAs＝2Ldx，对系统做功。
1.26 1017
m2
总面积 As2 2.391020 1.261017 3.01103 m2
as2
As2 m
3.01 103 0.001
3.01106 m2/kg
as1 0.483 m2/kg
比表面之比为：
3.01106 6.23106 0.483
（2）ΔG = γΔA = 72.75 × 10-3 ×(3.01×103 －0.483) ≈ 2.19× 102 J
J·m-2，
.,
16
恒温，恒压时，
dGT,P δWr' dAs
G As
T , p
：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的Gibbs函数。
单位：J·m-2。
.,
17
在20℃时，将0.001kg的球形水滴分散成直径为2nm的小水滴。
（1）求分散前后水滴的表面积和比表面并进行比较；
（2）系统吉布斯函数增大多少？已知20℃时，水的密度
直径为 1cm 的球形液滴
分成 1018个
直径10nm的 球形小液滴
表面积： 3.1416×10-4 m2
总表面积 314.16m2
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9
(1)比表面积 as ：单位Байду номын сангаас量的物质所具有的表面积 .
as
As m
单位：m2·kg-1
一些多孔物质如：硅胶、活性炭等，也具有很大的比表面积。
活性炭比表面可达到 1000 ~ 2000 m2 ·g-1
=1000kg·m-3,
= 72.75× 10-3N·m-1
解：（1）0.001kg的球形水滴
Vm
0.001kg 1000kg m
3
=1×10-6 m3
设其半径为r1,
V 4 3
3
r 1=0.62×10-2 m
.,
18
As1
4
2 1
4
(0.62102 )2
4.83104 m2
as1
As m
——润湿现象 2.水在玻璃管中上升, 汞在玻璃管中下降 ——毛细现象 3.液体的过冷过热、蒸气的过饱和现象 ——亚稳状态 4.微小液滴更易蒸发,微小的晶体更易溶解 5.固体表面会自动吸附其它物质。
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8
3. 分散程度与比表面积
当物质被高度分散时，界面相与体相相比不可忽略， 界面的作用很明显。例如：